最新医用基础化学共价键和分子间作用力精品课件.ppt

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1、医用基础化学共价键和分子间医用基础化学共价键和分子间作用力作用力原子间原子间作用力作用力化学键化学键离子键离子键共价键共价键 (90%)(90%)金属键金属键分子间分子间作用力作用力范德华力范德华力氢键氢键第七章第七章 共价键和分子间作用力共价键和分子间作用力键键以以“肩并肩肩并肩” 方式重叠方式重叠 非极性共价键非极性共价键 (nonpolar covalent bond) 当成键原子的电负性相同时当成键原子的电负性相同时,键的键的正、负正、负电荷重心重合电荷重心重合而形成的共价键。而形成的共价键。 H-H, N-N, O-O 极性共价键极性共价键（polar covalent bond）

2、当成键原子的电负性不同时当成键原子的电负性不同时,键的键的正、负正、负 电荷重心不重合电荷重心不重合,而形成的共价键。而形成的共价键。 NH3 中中(N-H), H2O 中中(O-H) 原子轨道为什么需要杂化？原子轨道为什么需要杂化？ 原子轨道为什么可以杂化？原子轨道为什么可以杂化？ 如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？ 1913年年Pauling 建立了新的化学键建立了新的化学键理论理论 杂化轨道理论杂化轨道理论.现代价键理论现代价键理论不能解释大多数多原不能解释大多数多原子分子构型子分子构型. 例如例如, H2O.杂化轨道理论杂化轨道理论代键理论代键理论不能

3、解释大多数多原子分子不能解释大多数多原子分子构型构型. 例如例如, H2O 中的中的 OH 键是由键是由 H 的的 1s 轨道与轨道与 O 中的中的2p 轨道重叠形成轨道重叠形成的的,HOH 键角应为键角应为 90;事实上事实上, 键角键角远大于远大于90. （1）成键时能级相近的价电子轨道相混杂）成键时能级相近的价电子轨道相混杂, 形成新的价电子轨道形成新的价电子轨道 杂化轨道。杂化轨道。一、杂化轨道理论的要点：一、杂化轨道理论的要点：轨道成分变了轨道成分变了轨道的能量变了轨道的能量变了轨道的形状变了轨道的形状变了结果是更有利结果是更有利于成键！于成键！（3）杂化后轨道伸展方向、形状和能量）

4、杂化后轨道伸展方向、形状和能量发生改变。发生改变。（2）杂化前后轨道数目不变。）杂化前后轨道数目不变。二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例 sp杂化杂化2s2p2s2psp2p激发激发 杂化杂化BeCl2分子的空间构型分子的空间构型ClBeCl（二）（二）sp2杂化杂化1个个ns 2个个np3个个sp2正三角正三角形夹角形夹角为为1201200 0形成正三形成正三角形构型角形构型的分子的分子 sp2杂化杂化2s2p2s2psp2BF3激发激发杂化杂化（三）（三）sp3杂化杂化sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个n p轨道参与的杂化称为sp3 杂化杂化。组合成4个sp3杂化轨道 sp3杂

5、化轨道间的夹角均为109 0 28 。 当它们分别与其他4个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。夹角夹角109 0 28CH4 sp3杂化杂化2p2s2s2psp3Formation of the covalent bonds in CH4第二节第二节一、共价分子的极性与极化一、共价分子的极性与极化 分子间作用力分子间作用力van der Waals力力氢键力氢键力与与分子的极化分子的极化密切相关密切相关（一）极性分子与非极性分子（一）极性分子与非极性分子正、负电荷重心正、负电荷重心相重合相重合的分子的分子正、负电荷重心正、负电荷重心不相重合相重合的分子的分子双原子双原子分子分

6、子分子的极性分子的极性 = 键的极性键的极性如如 H2 ,Cl2 , HCl, HF多原子多原子分子分子键的极性键的极性分子构型分子构型分子的极性分子的极性如如 CO2 , CH4, H2O, NH3如何判断分子的极性如何判断分子的极性0 非极性分子非极性分子0 极性分子极性分子,越大越大, 分子极性越大分子极性越大d _正、负电荷中心距离正、负电荷中心距离q _正或负电荷中心的电量正或负电荷中心的电量分子极性的大小？分子极性的大小？ q d_简称简称偶极矩偶极矩()电偶极矩电偶极矩(electric dipole moment) 永久偶极: 极性分子的偶极矩称为永久偶极.非极性分子在外电场的

7、作用下, 可以变成具有一定偶极的极性分子, 而极性分子在外电场作用下, 其偶极也可以增大. 在电场的影响下产生的偶极称为偶极称为诱导偶极诱导偶极. （二）分子的极化（二）分子的极化在外电场作用下在外电场作用下: : 极性分子极性分子增大增大, ,非极性分子产生诱导偶极。非极性分子产生诱导偶极。 分子的极化不仅分子的极化不仅在外电场的作用下在外电场的作用下产产生，生，分子间相互作用时分子间相互作用时也可发生，这是也可发生，这是分子间存在相互作用力的重要原因。分子间存在相互作用力的重要原因。+- +- +- +-=0 0 分子间存在着一种弱的作用力分子间存在着一种弱的作用力,只只有化学键键能的有化

8、学键键能的1/101/100，称，称van der Waals力。力。 Van der waals力分为力分为取向力、诱取向力、诱导力和色散力导力和色散力。二、二、Van der waals力力最早由荷兰物理学家最早由荷兰物理学家van der Waals提出提出 取向力（取向力（orientation force）。）。 永久偶极永久偶极(固有偶极）间的吸引力。固有偶极）间的吸引力。 两个极性分子接近时两个极性分子接近时,因因同极相斥同极相斥,异极相吸异极相吸,分子分子将发生相对转动将发生相对转动,按按异极异极相邻相邻的状态排列吸引。的状态排列吸引。极性极性分子间分子间 诱导力（诱导力（in

9、duction force）。）。 诱导偶极与永久偶极（固有偶极）相吸引力。诱导偶极与永久偶极（固有偶极）相吸引力。极性极性分子间分子间极性分子和极性分子和非极性分子非极性分子 色散力（色散力（dispersion force） 非极性分子中电子的不断运动和非极性分子中电子的不断运动和原子核振动，使某一瞬间分子的正、原子核振动，使某一瞬间分子的正、负电荷中心不重合而产生瞬时偶极。负电荷中心不重合而产生瞬时偶极。 瞬时偶极相互吸引产生的分子间瞬时偶极相互吸引产生的分子间作用力叫色散力。作用力叫色散力。 （二）（二）van der Waals力特点和作用力特点和作用 不属于化学键范畴，是静电引力不

10、属于化学键范畴，是静电引力： 其作用能只有几到几十千焦其作用能只有几到几十千焦/摩尔摩尔, 约比化学键小约比化学键小12个数量级；个数量级； 作用范围：作用范围：只有几十到几百只有几十到几百pm； 不具有方向性和饱和性不具有方向性和饱和性。物质的沸点、熔点等物理性质与分物质的沸点、熔点等物理性质与分子间的作用力有关，子间的作用力有关，van der Waals力小的物质，其沸点和熔点都较低。力小的物质，其沸点和熔点都较低。大多数分子，色散力是主要的。大多数分子，色散力是主要的。极性大的分子，取向力才比较显著。极性大的分子，取向力才比较显著。诱导力通常都很小。诱导力通常都很小。三、氢键（三、氢键

11、（hydrogen bond） 以 HF 为例, F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质子, 这种 H 与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相互接近时, 产生一种特殊的分子间力 氢键. 表示为 : FHFH 两个条件: 1.与电负性大且 r 小的原子(F, O, N)相连的 H ; 2. 在附近有电负性大, r 小的原子(F, O, N).三、氢键（三、氢键（hydrogen bond） 氢键氢键: H原子与原子与Y原子间的静电吸引原子间的静电吸引作用（虚线所示）。作用（虚线所示）。 XHY分子间氢键氢键 分子内氢键氢键 氢键的强弱与氢键的强弱与X、Y原子的电负性及原子的

12、电负性及半径有关。半径有关。X、Y电负性愈大、半径电负性愈大、半径愈小，形成的氢键愈强。愈小，形成的氢键愈强。 氢键的键能一般在氢键的键能一般在42 kJ mol-1 以下。以下。 化学键化学键 氢键氢键 van der Waals力力 氢键具有饱和性，分子间氢键具有方氢键具有饱和性，分子间氢键具有方向性向性。 形成分子间氢键，其沸点、熔点较高。 形成分子内氢键，其沸点和熔点降低。 若溶质和溶剂间形成氢键，溶解度增大。 氢键：氢键：直接影响分子的结构、构象、直接影响分子的结构、构象、性质与功能。是稳定生物高分子空性质与功能。是稳定生物高分子空间结构的一个重要因素。间结构的一个重要因素。 蛋白质：蛋白质：氨基氢与羰基上的氧形成氨基氢与羰基上的氧形成氢键。氢键。 DNA: 碱基两两配对形成氢键。碱基两两配对形成氢键。1. 掌握现代价键理论掌握现代价键理论的基本内容，的基本内容，杂杂化轨道理论化轨道理论的要点及在解释分子空的要点及在解释分子空间构型方面的应用。间构型方面的应用。2. 熟悉熟悉共价键的类型和氢键的形成、共价键的类型和氢键的形成、本质、类型以及对物质物理性质的本质、类型以及对物质物理性质的影响。影响。3.了解了解键参数，分子间作用力的产生、键参数，分子间作用力的产生、类型及对物质物理性质的影响。类型及对物质物理性质的影响。本章要求38 结束语结束语